Er3+/Yb3+/Tm3+/Pr3+共掺碲酸盐玻璃超宽带近红外发光性能研究

采用熔融淬火技术制备了0.2 mol% Er₂O₃、1 mo l% Yb₂O₃、0.1 mol% Tm₂O₃和x mol% Pr₆O₁₁( x=0.25、 0.3、0.35和0.4)掺杂的65TeO₂-15ZnO-10Na₂O-10WO₃系碲酸盐玻璃,通过X 射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、差热扫描曲线(differential scanning calorimetry,DSC)对玻璃样 品的抗析晶性和热稳定性 进行了表征。结果表明,玻璃样品具备良好的抗析晶性,析晶温度和转变温度差值为140 ℃,具有较好 的热稳定性。吸收光谱结果显示,Er³⁺/Yb³⁺/Tm³⁺/Pr³⁺共掺碲 酸盐玻璃在980 nm处有较强的吸收峰,故可 以采用980 nm泵浦源对该玻璃样品进行激发。在1 200—2 000 nm近 红外波段范围,玻璃样品存在峰值中 心为1.35 μm、1.53 μm和1.8 μm 3个波段发射峰,且3个发射峰的荧光半高宽(full width at half maxima, FWHM)均大于100 nm,其覆盖了光信号传输的E、S、C和C+L 4个波段,大幅度地提高了掺铒 光纤放大器(erbium doped fiber amplifier,EDFA)的放大带宽。     

热处理对掺Er3+碲酸盐玻璃近红外发光性能的影响

采用高温熔融冷却法和原位受控析晶法,制备了两 种Er³⁺掺杂碲酸盐玻璃及微晶玻璃。对比研究了其析晶 性能及近红外发光性能;计算了Er³⁺在玻璃与微晶玻璃中的J-O强度参数、自发辐射 概率、荧光分支比和 荧光辐射寿命;在980nm波长泵浦源下测量样品的荧光光谱,计算荧 光有效线宽、峰值受激发射截面。结果发现, 采用合理的析晶热处理制度,可以获得透明度高的Er³⁺掺杂碲酸盐微晶玻璃;析 晶热处理能够有效地提高 Er³⁺在近红外波段的发光效率和拓宽其有效发光带宽;Er³⁺掺杂85TeO₂- 10TiO₂-5La₂O₃(TTL)碲酸盐微晶玻璃较78TeO₂-17ZnF₂-5Bi₂O₃(TZBF)碲酸盐微晶玻璃在1.55μm波段增益性能更好,有望在光纤放 大器中得到应用。     

Ce3+离子对掺Er3+碲酸盐玻璃光谱性质的影响

研究了Ce3 + 对掺Er碲酸盐玻璃荧光光谱性质的影响 ,比较了不同的Ce3 + 掺杂浓度下Er3 + 离子荧光发光强度的变化 ,分析了Ce3 + 离子对Er3 + 离子作用的原理 ,应用经典方程计算了Er3 + 离子 4I1 1 / 2 能级的荧光寿命及其变化     

Er3+单掺和Er3+/ Yb3+共掺碲钨酸盐玻璃光谱性能

制备了Er3 + 单掺和Er3 + /Yb3 + 共掺碲钨酸盐玻璃 ,测量了Er3 + 在玻璃中的吸收光谱和 970nmLD激发下的荧光光谱和荧光寿命 ,计算了Er3 + 离子 1 5 μm波段的吸收和发射截面 ,研究了其荧光强度和发射带宽与掺Yb3 + 浓度间的关系。结果表明 ,共掺Yb3 + 可明显提高Er3 + 离子 1 5 μm荧光发射强度 ,并有利于提高其发射带宽。实验所得最佳掺Yb3 + 离子浓度为 3 6 6× 10 2 0 ions/cm3 ,Er3 + 离子 1 5 μm发射最大FWHM值为 81nm。     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃的近红外光谱特性

选择 50TeO2-30B2O3-20BaO 系统作为稀土掺杂的基础玻璃,通过高温熔融法制备了不同掺杂比的Er3+/Tm3+共掺和单掺碲酸盐玻璃。通过比较共掺和单掺碲酸盐玻璃的吸收光谱和 808 nm 泵浦光激发下的发射光谱,发现 Tm3+的掺入会降低 Er3+在 1 550 nm 处的发光强度,通过能量传递可以得到 Tm3+的 1 800 nm 发光。此外,Er3+/Tm3+使该玻璃具备了发光性能,当 Er3+/Tm3+分别达到摩尔分数 1.0%和 0.4%时,发光强度达到最大值,继续提高掺杂浓度,发光强度反而减弱。     

OH-对掺Er3+碲酸盐玻璃上转换发光的影响

研究了碲酸盐玻璃的拉曼光谱和红外光谱,分析了OH-对掺Er3 碲酸盐玻璃上转换发光的影响机制。实验结果表明,氧氟碲酸盐玻璃(TPF)的声子能量高于氧氯碲酸盐玻璃(TPC)的声子能量,但是Er3 掺杂TPF玻璃上转换发光强度也高于Er3 掺杂TPC玻璃。除水实验发现这种现象可归因于OH-的影响。随OH-浓度降低,Er3 的荧光寿命和上转换荧光都增加。在实验中,OH-对Er3 上转换发光的影响大于声子能量对Er3 上转换发光的影响,导致Er3 掺杂TPF玻璃上转换发光强度高于Er3 掺杂TPC玻璃的上转换发光。研究结果有助于进一步提高Er3 的发光效率。     

Ag纳米颗粒对Er3+/Tm3+/Yb3+共掺铋锗酸盐玻璃上转换发光特性的影响

采用传统熔融淬冷法制备了系列Er³⁺/Tm 3+/Yb³⁺共掺复合Ag纳米颗粒的铋锗酸盐玻璃样品。从吸收光谱中 确定了Ag纳米颗粒表面等离子体共振(SPR)峰位于545nm附近;透射 电镜(TEM)图像中观察到均匀分布的Ag纳米颗粒,尺寸 约为6～18nm。研究了纳米Ag含量对Er3＋/Tm3＋ 共掺复合Ag纳米颗粒铋锗酸盐玻璃上转换发光特性的影响,结果表 明,Tm³⁺离子472nm处的上转换蓝光、Er³⁺离子525nm处的上转换绿光、543nm处的上转换 绿光和661nm处的上转换红光发光强度在AgCl含量的质量百分数为 1%时达到最大值,与未掺杂AgCl的基质玻璃相比,分别提高了约3.2、3.8、5.4倍。     

Ce3+对掺Er3+碲铌锌钠玻璃光谱性质的影响

用高温熔融法制备了摩尔组分百分比为75TeO₂- 10Nb₂O₅-10ZnO-5Na₂O-0.5Er₂O₃-xCe₂O₃(x=0.00、0.25、 0.50、0.75、1.00)的碲酸盐玻璃样品。测量了玻璃样品的吸收光谱、上转换 光谱、拉曼光谱和 荧光光谱。结合Judd-Ofelt(J-O)理论计算了玻璃样品的强度参数Ω_t(t=2、4、6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和辐射寿命 τrad,并用McCumber理论计算得到了Er³⁺的受激发射截面。比 较了玻璃样品中Er³⁺的放大器带宽 品质因子(σpeak_e×FWHM)和增 益品质因子(σpeak_e×τm),分 析了Er³⁺/Ce³⁺间能量转移(ET)机 理以及Ce³⁺对上转换发光的抑制作用。研究表明,适量Ce³⁺的引入对于掺Er ³⁺碲铌锌钠玻璃的光谱特性有一定的提高作用。     

Yb3+对掺铒碲酸盐玻璃红外和上转换发光的影响

研制了Er3+/Yb3+共掺TeO2-ZnO-La2O3玻璃,测试了Er3+离子的吸收谱、荧光谱和上转换发光谱,系统研究了975 nm抽运下Yb3+离子对于Er3+离子1.5 μm波段荧光性能及其上转换发光性能的影响.结果表明,随着碲酸盐玻璃中Yb2Os含量的增加,Yb3+离子对Er3+离子的能量传递增强,Er3+离子1.5 μm波段的荧光强度和上转换发光强度相应增大,但后者相对于前者增加更为迅速.通过对粒子数速率方程的理论模拟,计算结果与实验测量结果较为一致,表明Er3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃是一种优良的潜在上转换激光器增益介质.对上转换发光分析表明,强烈的绿光和红光激发是基于双光子的吸收过程.     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的中红外发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃(TeO2-ZnO-Na2O),根据测量得到的吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品中Ho3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。同时,测量得到了不同Ho3+离子掺杂浓度下玻璃样品的荧光发射谱。结果显示,在808nm抽运光激励下Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃样品发射出较强的2.0μm中红外荧光。分析表明,较强的Ho3+离子中红外荧光来自于Tm3+/Tm3+离子间共振的能量传递过程,以及Tm3+/Ho3+离子间基于零声子和单声子辅助非共振的两部分能量传递过程。由此进一步计算得到了Tm3+/Tm3+、Tm3+/Ho3+离子间的能量传递微观速率、临界半径和声子的贡献。最后,计算分析了Ho3+…5I7→5I8能级间跃迁的2.0μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Tm3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为2.0μm波段中红外固体激光器的潜在增益基质。     

Dy3+,Tm3+掺杂的NaGd(MoO4)2白色荧光粉的制备与发光性能的研究

采用高温固相法成功制备出了一系列LED用白色 荧光粉NaGd1－x－y(MoO₄)₂:xDy³⁺,yTm 3+,用X射线衍射仪(XRD),荧光分光光度计和紫外-可见-近红外光谱分析系统对样 品的物相结构和发光性能进行了表征。结果显示制备的荧光粉的白光由Dy3＋的特征黄光发 射(575 nm)、特征蓝光发射(488 nm)与Tm 3＋的特征蓝光发射(459 nm)组合而成。制备的 NaGd(MoO₄)₂基质为四方晶系即白钨矿结构。在上述荧光粉中,激活离子Dy3＋ 发射⁴F9/2－⁶H13/2 跃迁的黄光(575 nm)和⁴F9/2－⁶H15/2跃迁的蓝光(488 nm),激活离子Tm3＋发射¹D₂-³F₄的蓝光 (459nm)跃迁,蓝光发射受晶体场的影响被劈为两个发 射峰。该系列荧光粉在389nm波长激 发下,当Dy3＋浓度为10%,Tm3＋浓度为12%时样品色坐标(0. 326,0.326)最接近标 准白 光(0.33),当Dy3＋浓度为8% ,Tm3＋浓度为12%时样品发光强度达到 最大,色坐标为(0.377,0.369),结果表明,该系列荧光粉有潜在的发展和应用前景 。     

掺Er3+碲锌铋酸盐玻璃光谱特性研究

制备了掺铒碲锌铋酸盐玻璃样品84.5TeO2-(15-x)ZnO-xBi2O3-0.5mol% Er2O3(TZB x=0,2,4,6,8,10mol%).测试和分析了玻璃样品的吸收光谱、荧光光谱和4I13/2能级寿命等参数.根据McCumber理论,计算了Er3 受激发射截面(σpeake=(6.31～8.57)×10-21cm2)、并测量了Er3 荧光半高度(FWHM=65～70nm).结果表明:适量Bi2O3(～6mol%)的引入,能较好地改善玻璃样品FWHM,σpeake,4I13/2能级寿命和量子效率等光谱参数.     

LiYF4:Tm3＋单晶的生长及其光学性能研究

采用坩埚下降法,制备了尺寸为Φ10mm×110mm的高质量Tm³⁺掺杂LiYF₄(YLF :Tm3＋)单晶体。测试了样品的电感耦合等离子(ICP)、X光衍射(XRD)吸收光谱 以及790nm LD激发 下的荧光光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了Tm³⁺在YLF∶Tm3＋单晶 材料中的唯象强度参数Ω_t、能级跃迁振子强度Pexp、 自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad 等光谱参数,同时计算了1800nm波段的吸收截 面和受激发射截面分别 为σabs=0.52×10－20 cm²和σem=0.67×10 －20 cm²。在荧光光谱中观察到1470nm与1 800nm的荧光发射,它们分别对应于Tm³⁺的³H₄→³F ₄与³F₄→³H₆的能级跃迁。测定了1800nm波段的荧光寿命 ,并计算得到³F₄→³H₆跃迁的量子效率为79.22%。     

Yb,Tm和Yb,Er掺杂硅酸盐玻璃中的双色荧光

在硅酸盐玻璃中分别掺杂Yb3 ,Tm3 和Yb3 ,Er3 ,在半导体激光的激发下发出双色荧光.Yb3 ,Tm3 掺杂发射出蓝色480 nm荧光和近红外1650 nm荧光,Yb3 ,Er3 掺杂发射出绿色550 nm荧光和近红外1550 nm荧光.可见荧光是由于Yb3 离子与Tm3 ,Er3 等离子的能量上转换过程有着敏化作用形成的.这种双光子或多光子过程虽然微弱,但Yb3 的敏化作用使可见和红外荧光都有较大的增强.而近红外的荧光仍是主要的荧光谱线,有较大的荧光强度.     

Er掺杂GaSe晶体特性的研究

对改进型布里奇曼方法生长的Er掺杂GaSe晶体的成 分、光学特性和倍频特性进行了测量和分 析。研究发现,掺杂晶体中Er的分布不均匀且浓度远低于装料浓度,高浓度掺杂使得晶体光 学质量下降。通 过对掺杂晶体光学特性测量发现,Er的掺杂没有明显改变晶体的光谱特性,掺杂浓度为0.07mass.%的 GaSe:Er晶体在可见光波段表现出了比较好的光学性质。通过对晶体拉曼光谱的测量发现, 在GaSe:Er (0.09 mass.%)和GaSe:Er (0.10mass.%)晶体中出现了新的拉曼散射带,它 是由Er³⁺的⁴F9/2→⁴I9/2跃迁产生的。 通过飞秒Ti:sapphire激光和CO₂激光泵浦下I类倍频实验发现,掺杂晶体相位匹配角与纯G aSe晶体相比没有明显变 化,实验结果与理论曲线符合得较好,最佳浓度掺杂晶体GaSe:Er(0.07mass.%)将CO₂倍 频转换效率提高了43%。     

Tm3+掺杂硫卤玻璃光纤的中红外增益特性研究

采用高温熔融淬冷法制备了1% Tm³⁺掺杂的 72GeS₂-18Ga₂S₃-10CsI(GGSI)硫卤 玻璃,测试了样品的折射率、吸收 光谱和800nm激光泵浦下的中红外荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Fut chbauer-Ladenburg(FL)理论分析计算了Tm³⁺在GGSI玻 璃中的自发辐射几率、荧光分支比、辐射寿命、吸收截面、发射截面等光谱参数,进而建立 了Tm³⁺的四能级粒子 数速率-光功率传输方程模型,模拟计算Tm³⁺掺杂GGSI玻璃光纤中红外3. 73μm波段的增益与掺杂光纤长度、泵浦功 率和信号功率的关系。模拟结果显示,硫卤玻璃基掺铥光纤具有较高的信号增益和较宽的中 红外增益谱,泵浦功率为1000mW 时,最大小信号增益值达到30dB,20dB增益带宽达到180nm,同时也存在合适的泵浦功率 和光纤掺杂长度以期获得最佳信号增益。表明Tm³⁺掺GGSI硫卤玻璃光纤可作为中红外 3.73μm波段放大的理想增益介质。     

掺Er~(3+)碲硼酸盐玻璃1.53μm波段荧光强度提高研究

用高温熔融法制备了系列70TeO2-(25-x)B2O3-xGeO2-5Na2O(x=5,10,15和20 mol%)掺Er3+碲硼酸盐玻璃。为提高1.53μm波段的荧光发射强度,测试了玻璃样品的吸收光谱、红外透射谱、1.53μm波段荧光谱及4I13/2能级Er3+荧光寿命,结合Judd-Ofelt(J-O)理论分析了Er3+光谱特性随玻璃组分含量的变化,进而研究了玻璃中OH基对1.53μm波段荧光强度的影响。结果表明,碲硼酸盐玻璃具有较好的宽带荧光谱特性,其有效带宽大于72 nm;随着玻璃中GeO2逐步替代B2O3,1.53μm波段荧光强度相应提高。同时,通过O2鼓泡除水处理,能减少玻璃中OH基含量并减弱4I13/2能级上Er3+到OH基的无辐射能量传递,从而进一步提高了Er3+荧光寿命和1.53μm波段荧光强度。     

Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐玻璃及其光纤的制备和光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐(Bi2O3-GeO2-Ga2O3-Na2O)玻璃,研究分析了该玻璃中Er3+离子1.5μm波段荧光和上转换发光,Ce3+离子共掺引入的Er3+:4I11/2→Ce3+:2F5/2间能量传递能有效地抑制上转换发光并增强1.5μm波段荧光发射.同时,利用该组分玻璃拉制了包层直径为125 μm的铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤,1310 nm波长处光纤传输损耗为3.4 dB/m.通过对975 nm波长激励下光纤的放大自发辐射(ASE)测试表明,铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤可在1450～1650 nm波长范围获得宽带ASE光谱,因此是一种适用于宽带光纤放大器的增益介质.     

Al3+对掺Er3+溶胶-凝胶玻璃发光性质的影响

为了制备高性能的掺Er硅基玻璃,通过溶胶-凝胶方法制备了掺Er3+和Al3+的硅基玻璃,研究了Al3+对Er3+发光性能的影响。结果表明,掺Al3+后使样品中Er3+离子的最大掺杂浓度提高1倍,发光强度也明显增强,是不掺Al3+的Er-硅基玻璃中Er3+离子发光强度的20多倍。通过分析发现,Al3+和Er3+之间并不是简单的能量传递关系,而是在改变原基质结构的同时,有效分散了样品中的Er3+离子,降低了Er3+离子之间的交叉弛豫几率;在980nm波长激发下,Er3+离子只有654nm一个波长的上转换荧光。     

掺Er3+镉硅酸盐玻璃的波长转换特性

用高温熔融法制备了不同Er3+浓度掺杂的SiO2-Al2O3-CdO-Li2O-K2O-Na2O玻璃样品,测试了其吸收光谱和发射光谱。研究结果表明:在365nm激发下,玻璃样品发射绿光,发射峰强度随着Er3+浓度的增加具有先增加再减小,最后快速增长的关系;在488nm激发下,样品除发射绿光外,还发射较强的731nm红光,且Er3+掺杂浓度为0.2mol和0.4mol时,其发射峰值强度基本相同;可以通过调整Er3+掺杂浓度,进而获得高强度荧光发射。